Instrumentation, Control and Automation of Water and Wastewater Treatment and Transport Systems 1997 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Pergamon Press Inc

作者:R. Briggs

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1998-11-01

价格:USD 145.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780080433882

丛书系列:

图书标签:

• Water treatment
• Wastewater treatment
• Instrumentation
• Control systems
• Automation
• Process control
• Water transport
• Environmental engineering
• Industrial automation
• Monitoring systems

献给严谨的读者：聚焦二十世纪末水处理与输送自动化技术发展的一瞥 本书并非直接探讨1997年出版的《Instrumentation, Control and Automation of Water and Wastewater Treatment and Transport Systems》这一特定著作。相反，它致力于为对二十世纪末（尤其指1997年前后）水处理与输送领域自动化、仪表与控制技术发展感兴趣的严谨读者，提供一个更广阔的视角和背景信息。我们将考察那个时代的技术驱动力、关键发展方向、面临的挑战以及由此催生的创新解决方案，旨在构建一个理解该领域技术演进的宏观框架。 技术浪潮的涌动：计算机化与信息化的黎明 上世纪九十年代，全球正经历一场以信息技术为核心的深刻变革。计算机性能的飞速提升、网络通信技术的初步普及，以及传感器和执行器等硬件设备的不断进步，为工业自动化领域带来了前所未有的机遇。在水处理和输送系统这一关乎国计民生的关键领域，自动化技术的引入，不再仅仅是为了提高效率，更是为了实现更精细化的过程控制、更可靠的系统运行、以及更有效的水资源管理。 那个年代，从传统的模拟控制系统向数字控制系统（DCS）和可编程逻辑控制器（PLC）的过渡是重要的趋势。PLC的灵活性和低成本，使得中小型水厂和泵站的自动化改造成为可能。而DCS系统则为大型、复杂的给水厂和污水处理厂提供了集中的监控和管理平台。数据采集与监控系统（SCADA）的应用日益广泛，它使得远程监控和数据传输成为现实，极大地提升了管理人员对分散式水处理和输送网络的掌控能力。 关键技术分支的聚焦：从传感器到决策 仪表技术： 监测水质和水量的精度与可靠性是自动化控制的基础。1997年前后，各种新型传感器的出现，如在线pH计、溶解氧分析仪、浊度计、余氯分析仪以及流量计（如电磁流量计、超声波流量计）等，都在不断提升监测数据的质量。同时，对腐蚀性、磨损性环境下的仪表选择和维护技术也得到了更多的关注。智能传感器的概念开始萌芽，它们能够进行一定程度的自诊断和数据预处理，减少了对中央控制系统的负担。 控制系统： 过程控制理论的成熟，为实现更优化的水处理工艺奠定了基础。PID（比例-积分-微分）控制器依然是主流，但其应用范围和参数整定技术得到了进一步发展。模型预测控制（MPC）等先进控制策略开始在一些关键工艺环节（如污泥脱水、曝气控制）得到探索和应用，以期在保证出水水质的同时，降低能耗和化学品消耗。PLC和DCS的架构更加模块化和开放，便于系统的集成和升级。 通信与网络： SCADA系统的核心在于通信。现场总线（Fieldbus）技术在90年代末开始崭露头角，它旨在取代传统的点对点接线方式，实现设备间的直接通信，降低布线成本，并提高通信的实时性和可靠性。工业以太网的引入，也为数据的高速传输和更高级别的系统集成提供了可能性。远程监控和故障诊断的能力，也因通信技术的发展而显著增强。 执行器： 控制信号最终需要通过执行器转化为物理动作。变频器（VFD）在泵和风机的调速控制中得到了广泛应用，显著降低了能源消耗。电动阀门、气动阀门以及液压执行器的可靠性和精度也在不断提升，以适应自动控制的需求。 水处理与输送系统中的应用典范 在给水处理领域，自动化技术的应用主要集中在原水取水、絮凝沉淀、过滤、消毒等关键工序的优化控制。例如，通过在线水质监测，自动调节加药量，以确保出水符合饮用水标准，同时减少化学品浪费。在输水管网中，SCADA系统可以实时监测流量、压力，并通过智能控制阀门和泵站，实现管网压力的稳定，减少漏损，并对突发事件（如爆管）做出快速响应。 在污水处理领域，自动化技术的应用则更加复杂，涉及曝气控制、污泥回流、二沉池运行、污泥脱水等环节。通过精细化的控制，可以显著降低曝气能耗，提高处理效率，并减少污泥产量。污泥脱水设备的自动化操作，也大大减轻了人工劳动强度。 面临的挑战与未来的曙光 即便在1997年，水处理与输送自动化领域也面临着诸多挑战。其中，设备的老化与兼容性问题、数据集成与信息孤岛、系统安全性（网络攻击的潜在风险）、以及操作人员的培训与技能提升，都是亟待解决的问题。此外，高昂的初期投入成本，也限制了自动化技术的普及。 然而，技术的进步总能带来解决之道。对标准化的追求，如IEC 61131-3等编程标准，促进了不同厂商设备间的互操作性。数据库技术的发展，使得海量运行数据的存储、分析和挖掘成为可能。而对水资源可持续利用和环境保护的日益重视，也为自动化技术的发展提供了强大的驱动力。 结语 本文旨在描绘二十世纪末水处理与输送自动化技术发展的一个侧影。通过对当时技术环境、关键技术分支及其在实际应用中的考察，我们得以窥见那个时代工程师们如何运用新兴的仪表、控制和通信技术，为保障人类生存必需的水资源，构建更智能、更可靠、更经济的系统。这段技术探索的历程，为后来的发展奠定了坚实的基础，也为我们今天理解和推动相关领域的进步提供了宝贵的历史借鉴。

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这本书的封面设计实在称得上是朴素到有些过时，仿佛是直接从上世纪九十年代的工程手册里截取出来的。拿到手里，厚实的纸张和略显粗糙的印刷质感，立刻让人感觉这不是一本追求时尚或快速消费的读物。我本是希望能找到一些关于现代物联网（IoT）在水处理中应用的最新案例，或者至少是关于先进传感器技术如何实时优化的讨论。然而，翻开目录，映入眼帘的却是大量关于传统PLC编程逻辑、经典的PID回路整定方法，以及对90年代末期SCADA系统架构的详细剖析。书中对膜过滤技术（如反渗透）的自动化控制部分着墨不少，但其引用的数据和规范，明显带有那个年代的烙印，例如对现场总线协议（如Profibus DP）的推崇，而非当前主流的基于以太网的工业协议。对于一个期望了解如何利用人工智能进行预测性维护或者能源优化控制的读者来说，这本书更像是一次回溯历史的旅程，而非面向未来的指南。它更适合于正在进行系统升级的老旧水厂的技术人员，或者那些需要理解现有老旧DCS/SCADA系统底层逻辑的维护工程师，对于追求前沿技术应用的研究人员，这份资料的参考价值可能更多在于“历史背景”而非“操作指南”。这本书的价值在于它为我们描绘了一个特定时代下，工程师们是如何用有限的计算能力和相对保守的控制策略，来确保城市生命线——水资源——安全可靠地流动的全貌。

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阅读过程中，我发现书中引用的技术文献和标准规范集中在1990年代初中期，这立刻为全书定下了一个基调——它是一份对那个时代技术巅峰的总结，而非对未来发展的展望。例如，它深入探讨了DCS（集散控制系统）的冗余设计和故障转移机制，这在当时是尖端技术，但对于今天习惯了云端备份和软件定义基础设施的工程师来说，书中的描述显得异常繁琐且硬件依赖性极强。对于那些从未接触过传统工业控制系统的年轻读者，理解这些关于I/O卡件配置和现场布线的细节可能非常耗费精力，而且这些知识在很大程度上已经被更抽象的软件配置和虚拟化技术所取代。这本书的优势在于，它能让你理解为什么现在的系统是这样搭建起来的，帮你追溯到自动化逻辑的“根源”。然而，如果你是带着“如何用最新的Python库或开源工具来搭建一个原型系统”的目的来翻阅它，你可能会感到深深的挫败，因为它提供的工具集和思维框架，都深深植根于那个以专用硬件和专有软件为主导的年代。

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这本书的叙事风格非常学术化和技术导向，缺乏任何尝试去探讨控制系统在更广阔的社会、环境或经济影响下的应用案例。所有的论述都非常务实，聚焦于“如何实现精确控制”。例如，在谈到污泥处理的自动化时，它会详细分析污泥浓缩池的最佳搅拌速度和沉降时间控制，但完全跳过了如何利用这些处理数据来优化能源回收或减少碳足迹的讨论。这使得这本书的阅读体验略显冰冷，它告诉你如何“自动化”一个过程，但没有告诉你自动化之后，这个过程在整个可持续发展目标中扮演了怎样的角色。它是一本优秀的“操作手册”或“理论教材”，但绝非一本“战略指南”。对于我这种希望将水务自动化与气候变化响应、资源循环利用等宏大叙事结合起来的读者来说，这本书提供的是精确的螺丝刀，而非设计蓝图。它在技术深度上令人敬佩，但在视野广度和跨学科整合性上，则明显是那个特定历史时期的产物。

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当我深入阅读控制系统架构的那几章时，一个清晰的感受浮现出来：作者对控制理论的理解是极其扎实的，但这套理论体系似乎被固定在了那个特定的时间点上。书中关于水泵变频调速（VFD）与压力波动的耦合控制，给出了非常详尽的数学模型和传统的时域分析，这部分内容无疑是教科书级别的，对于初学者理解反馈控制的精髓非常有帮助。然而，现在的趋势是更多地依赖于高频数据采集和基于模型的预测控制（MPC）。我期待看到更多关于如何处理非线性和时间延迟的先进算法，比如如何用自适应或模糊逻辑来应对进水水质的剧烈波动，但这类讨论几乎是缺失的。取而代之的是对各种仪表选型和安装细节的近乎偏执的关注，这在那个年代是必要的，因为仪表的可靠性和漂移是控制系统的主要挑战。但如今，硬件的鲁棒性已经大大提高，我们更关注的是软件层面和数据集成。这本书给我的感觉就像是学习如何用老式算盘进行复杂的财务核算——基础运算无懈可击，但效率和现代工具的集成性无法相比。它提供了坚实的基础知识，但要将其直接应用于今天高度互联、数据驱动的智能水务系统，还需要进行大量的现代技术“补课”。

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这本书的案例研究部分，老实说，稍微有些枯燥，它们大多聚焦于具体的泵站或加药系统的优化，但所有的优化都围绕着能耗最小化和出水指标的稳定达标。这种“稳定”是那个时代的首要目标，安全性和可靠性压倒一切。例如，关于消毒剂余量控制的章节，详细阐述了如何利用简单的比例积分控制（PI）确保出厂水中氯含量不低于阈值，同时尽量不浪费药剂。这套逻辑在原理上是无可挑剔的。但是，现代的水务控制不仅仅是“不超标”或“不浪费”，它还涉及到宏观的管网压力管理、漏损检测，甚至是对区域供水可靠性的动态评估。这本书里完全没有涉及如何将GIS数据与实时流量数据融合进行泄漏定位的自动化流程，也没有讨论如何利用大数据分析来预测管道的潜在爆裂风险。对我而言，这本书的视角过于“工厂化”和“端点化”了，它将水处理和输配系统视为一系列孤立的、需要被严格控制的单元操作，缺乏对整个水循环链条的系统性、跨领域整合的视野，这是与当前工业4.0背景下对“智慧城市基础设施”的期望存在显著代沟的地方。

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